[發明專利]基于自適應滑模的固定翼無人機有限時間容錯控制方法

在審

• 申請號: 201910817371.1
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110673616A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 張超凡;董琦
• 申請（專利權）人: 張超凡
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 杜文茹

一種基于自適應滑模的固定翼無人機有限時間容錯控制方法，包括：建立固定翼無人機執行機構效率損失模型，包括固定翼無人機速度模型和固定翼無人機姿態模型；建立考慮外界對固定翼無人機姿態的干擾和固定翼無人機的執行機構效率損失影響的自適應終端滑模容錯控制器，用于控制固定翼無人機的姿態角；建立考慮外界對固定翼無人機速度干擾的基于空速方程的自適應內反饋超螺旋速度控制器，用于控制固定翼無人機的速度。本發明實現了對參考姿態角和參考空速的有限時間快速跟蹤，提高無人機的機動性能，減少飛行過程中的波動，提高飛行的安全性。

技術領域

本發明涉及一種固定翼無人機有限時間容錯控制方法。特別是涉及一種基于自適應滑模 的固定翼無人機有限時間容錯控制方法。

背景技術

近年來，由于巨大的軍事價值和民用價值，各國對于無人機研發方面的投入越來越多， 無人機是一種無駕駛員、可以進行遙控或自主飛行的無人駕駛航空器，在尺寸、機動性、成 本等方面比有人機更具優勢，無人機在農業植保、測繪搶險、物流速遞等領域扮演著越來越 重要的角色。同時，無人機在現代戰爭中被視為戰場中的先鋒，承擔著戰前情報收集、重點 目標監視和打擊等關鍵職責。眾多類型的無人機中，由于固定翼無人機快速的機動性能以及 戰場打擊能力，固定翼無人機的研究得到了各國研究人員的廣泛關注。尤其是隨著無人機集 群技術的快速發展，與固定翼無人機相關的研究成為當前的熱點。

固定翼無人機的飛行環境較為復雜多變，受到強風的干擾，除此之外，固定翼無人機在 飛行過程中，其執行機構容易出現效率損失的情況，使固定翼無人機無法快速跟蹤上姿態指 令，容易發生失控。

近年來，許多控制方法被應用于無人機的飛行控制中，主要以簡單的PID控制和線性控 制方法為主。針對的主要研究問題以外界干擾和不確定為主，針對固定翼無人機容錯控制方 法的研究較少。固定翼無人機是一個典型的非線性系統，模型的不確定程度較高，空氣動力 學特征較為復雜。采用PID方法和線性方法進行控制時，具有以下缺點：

1、抗干擾能力較弱，響應速度較慢，收斂過程中超調較大，容易導致劇烈的波動，無法 滿足固定翼無人機快速機動的需求；

2、當執行機構出現效率損失故障時，無法有效的提供相應的補償，造成姿態控制效果不 穩定，對無人機的安全飛行帶來隱患。

因此，固定翼無人機飛行控制器需要更高的魯棒性、更快的收斂速度和一定的容錯能力。 控制器性能的優劣影響了整個無人機系統的穩定性和安全性，進而決定了飛行任務能否順利 執行，在理論創新和應用實踐中都具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種魯棒性強、穩定性好、收斂速度快的基于自適 應滑模的固定翼無人機有限時間容錯控制方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于自適應滑模的固定翼無人機有限時間容錯控制方 法，包括如下步驟：

1)建立固定翼無人機執行機構效率損失模型，包括固定翼無人機速度模型和固定翼無人 機姿態模型；

2)建立考慮外界對固定翼無人機姿態的干擾和固定翼無人機的執行機構效率損失影響的 自適應終端滑模容錯控制器，用于控制固定翼無人機的姿態角；

3)建立考慮外界對固定翼無人機速度干擾的基于空速方程的自適應內反饋超螺旋速度控 制器，用于控制固定翼無人機的速度。

步驟1)所述的：

固定翼無人機姿態模型如下：

固定翼無人機速度模型如下：